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本课题中设计的CMOS片上VCO是一块采用双变频结构的数字电视调谐器专用芯片中一个重要模块,主要负责对接收的射频电视信号进行上变频。由于电视信号频谱宽,因此该VCO具有相当宽的调谐范围。
首先,简单介绍了片上VCO设计的发展状况,并提出了设计要求。在提出一些重要指标后,对片上VCO的设计作出了分析。这些分析包括VCO拓扑的选择、常用结构的特点以及LC振荡器中片上电感和变容管的设计要点等等。重点讲述了课题中“切换调谐”的宽凋谐范围的VCO的设计。在简化平面螺旋电感模型和建立了变容管简化模型后,提取出了VCO 主体电路的小信号等效模型,确立了设计参数。然后,使用了改进的Leeson模型和Hajimiri模型对电路的相位噪声进行了估计,并对两个结果进行了分析。对VCO模块中的其他相关电路也进行了简单的分析。在电路设计分析完成之后,采用 Candence软件实现了电路的版图设计,对版图设计中的一些要点进行了说明。最后,使用 StarHspice和Candence SpectreRF对电路进行了仿真分析。结果表明,在使用小调节范围的变容管的前提下,使用开关电容切换方式有效的拓展了VCO模块的频率覆盖,VCO的相位噪声性能达到了设计要求。